核弹设计
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原子弹- 论文关键字:提高发展试验美国研制爆炸原子弹核武器当量利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量,产生爆炸作用,并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。
其中主要利用铀235(厬U) 或钚239(厱Pu)等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器,通常称为原子弹;主要利用重氢(娝H,氘)或超重氢(婤H,氚)等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器,通常称为氢弹。
煤、石油等矿物燃料燃烧时释放的能量,来自碳、氢、氧的化合反应。
一般化学炸药如梯恩梯(TNT)爆炸时释放的能量,来自化合物的分解反应。
在这些化学反应里,碳、氢、氧、氮等原子核都没有变化,只是各个原子之间的组合状态有了变化。
核反应与化学反应则不一样。
在核裂变或核聚变反应里,参与反应的原子核都转变成其他原子核,原子也发生了变化。
因此,人们习惯上称这类武器为原子武器。
但实质上是原子核的反应与转变,所以称核武器更为确切。
核武器爆炸时释放的能量,比只装化学炸药的常规武器要大得多。
例如,1千克铀全部裂变释放的能量约8 1013焦耳,比1千克梯恩梯炸药爆炸释放的能量4.19 106焦耳约大2000万倍。
因此,核武器爆炸释放的总能量,即其威力的大小,常用释放相同能量的梯恩梯炸药量来表示,称为梯恩梯当量。
美、苏等国装备的各种核武器的梯恩梯当量,小的仅1000吨,甚至更低;大的达1000万吨,甚至更高。
核武器爆炸,不仅释放的能量巨大,而且核反应过程非常迅速,微秒级的时间内即可完成。
因此,在核武器爆炸周围不大的范围内形成极高的温度,加热并压缩周围空气使之急速膨胀,产生高压冲击波。
地面和空中核爆炸,还会在周围空气中形成火球,发出很强的光辐射。
核反应还产生各种射线和放射性物质碎片;向外辐射的强脉冲射线与周围物质相互作用,造成电流的增长和消失过程,其结果又产生电磁脉冲。
这些不同于化学炸药爆炸的特征,使核武器具备特有的强冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性沾染和核电磁脉冲等杀伤破坏作用。
1.核战斗部核武器中起杀伤破坏作用的组成部分。
由核爆炸装置、引爆控制系统和相应的结构部件组成。
核战斗部在不同类型的核武器中,其组装形式有所不同。
弹道核导弹的战斗部,是与弹头再入姿态控制系统及突防诱饵系统一起装在弹头壳体之内,构成核弹头,位于导弹的前端。
惯性制导的战略弹道核导弹,在发射起飞后,到达主动飞行段终点,核弹头就和弹体分离,弹头沿着惯性弹道在外大气层飞行,最后重返大气层,飞向预定目标。
这时核弹头是一个再入飞行部件,因此也称为再入飞行器,又称为核导弹的有效载荷。
现代战略弹道核导弹的分导式弹头,是一个母舱,内装有多枚(一般为3~10枚)子弹头。
到达高空后,母舱将子弹头释放出去,从而使每个子弹头射向各自的目标。
这样的子弹头都是独立的再入飞行器,各自携带有核战斗部。
核炸弹、巡航核导弹、核鱼雷等的核战斗部舱,一般都位于弹体的中部,与制导系统舱是分隔的,形成一个独立的舱段。
2.核弹头弹道导弹上装有核战斗部的弹头,简称核弹头。
核弹头位于导弹的前端部,是在飞行过程中与弹体分离并再入大气层的部分,故英、美两国称其为核再入飞行器。
它利用核战斗部产生核爆炸,对目标实施大规模的杀伤和破坏。
导弹核弹头按其核装置的工作原理可分为原子弹头(裂变弹头)、氢弹头(热核弹头)和中子弹头(增强辐射弹头)等。
按作战任务可分为战略导弹核弹头和战术导弹核弹头。
前者用于执行战略任务,通常为热核弹头,威力大,可达几十万甚至上千万吨梯恩梯当量;后者用于打击战役战术纵深目标,通常威力较小,为数千或数万吨梯恩梯当量。
按每发导弹携带子弹头数量可分为单弹头和多弹头,多弹头有集束式和分导式两种,能提高突防能力和打击效果。
3.核爆炸装置具有核爆炸功能的裂变装置或热核装置,简称核装置。
核装置用于各种目的核试验时,可以只是一种物理装置,而不是武器,其结构不要求适应武器使用中将遇到的特殊环境条件。
按照核武器作战使用条件而设计制造的核装置,加上引爆控制系统和相应的结构部件,即可组成核武器的核战斗部。
我国为何要造核武器呢?1964年10月16日,中国在新疆罗布泊沼泽地西北150公里黄羊沟绿洲附近的沙漠中爆炸了第一枚核武器。
这次试验成为我国领导人庆祝建国十五周年的历史性功绩的标志。
官方声明中声称,这次爆炸是一项“重大成就”。
我国为加强国防和反对美帝国主义的核讹诈和核威胁政策奋斗了10年后,终于成为一个拥有核武器的国家。
爆炸的第二天,周恩来总理号召“全面禁止和彻底销毁核武器”。
我国政府提出的这项建议在时间上要比美、英、苏在莫斯科签署有限核禁试早一年。
尽管我国已“全面”开展试验和研制核武器,但“我国政府仍郑重声明,在任何时候,任何情况下,中国都不会首先使用核武器。
”自1964年以来,我国的核能力一直稳步增长。
今天,我国所拥有的核武器已超过英、法战备力量的总和,位居世界第三。
1、我国为何要造核武器呢?1949年10月1日,一个新生的共和国成立,由于共产党革命的历史,迫使我国明显地偏向苏联而反对美国。
1950年,新成立的共和国在千疮百孔的情况下,中国人民解放军面对强大的美国军队和现代化装备,开始入朝作战,他们提出了“保家为国,抗美援朝”的口号,同时苏联提供了强有力的帮助,大大地加强了我国军队的空军和海军力量。
战争也考验了我国人民的决心,我国军队入朝作战时,北朝鲜军队已全面崩溃,联合国部队正逼近中朝边界。
1950年10月4日,毛泽东主席召集中央委员会紧急会议讨论派中国军队救援北朝鲜问题。
当时彭德怀出席了会议。
不久,他被任命为中国人民志愿军总司令兼政委,彭德怀对反对和赞同加入战争的理由作了仔细分析,他认为;“美国占领与中国隔江相望的朝鲜,将威胁中国的东北。
”如果真的让美国占领朝鲜,“它随时都可能找到借口发动侵略中国的战争”。
他以为这是一种无法忍受的局面,并主张,“不同美帝国主义见高低,我们要建议社会主义是困难的”。
1950年10月8日,毛泽东主席命令中国人民志愿军“援助朝鲜人民解放战争,反对美帝国主义”,就像后来我国报纸所说“把豺狼赶出家门。
人防乙级可设计核五核六
核五核六,是指在工程设计中,针对核武器五级和六级防护的要求进行的设计。
核武器的五级和六级防护,是指在核武器爆炸后,对辐射、冲击波等危害因素的防护能力。
人防乙级,是指人民防空工程防护等级的第二级,主要用于防护核武器、生物武器和化学武器等威胁。
核五核六的设计,主要考虑的是在核武器爆炸后,如何保证工程设施的正常运行,以及人员的安全。
这包括了防护辐射、冲击波、碎片等多种危害因素。
人防乙级的设计,则是为了在战争环境下,保证工程设施的正常使用,以及人员的安全。
两者在设计目标上有一定的相似性,都是为了在战争或灾难环境下,保证工程和人员的安全。
在具体的设计中,核五核六和人防乙级都有各自的特点和应用。
核五核六设计要考虑核武器的威力、爆炸高度、风向等因素,以确定防护结构和材料的厚度、防护门的尺寸等。
人防乙级设计则需要考虑战争的现实威胁,包括导弹、飞机、炸弹等武器的攻击范围和威力,以及生物武器和化学武器的防护措施。
总的来说,核五核六和人防乙级的设计,都是为了在战争或灾难环境下,保证工程设施和人员的安全。
无论是核五核六,还是人防乙级,都需要根据实际情况进行详细的设计和计算,以确保其防护效果。
在我国,这样的人防工程设计,不仅可以保护人民的生命财产安全,也是我国核战略的重要组成部分。
在未来的工程设计中,核五核六和人防乙级的设计理念和方法,将会继续发挥重要作用。
同时,随着科技的发展,新的设计技术和材料也将不断应用于
人防工程设计中,提高工程的防护能力和安全性。
综上所述,核五核六和人防乙级在工程设计中具有重要意义,它们在保证工程和人员安全方面发挥着关键作用。
原子弹公式原子弹的公式。
设m为质量,g为原子加速度,E为能量,K为辐射量,G为原子当量,A为原子设备能量,j为射线幅度。
∴m•g*2π+K*1/2•G+A•{j•g•m}*lim•(K•1/3•G)*2πg=E。
一般原子弹的辐射与能量相匹配,而原子的质地会随着爆炸而辐射。
所以我此公式为辐射与能量的相应结合。
从而让辐射基本等于能量。
使之相当的质量可以转换成辐射。
也就可以让能量和辐射同时存在。
所以,原子核的威力更大。
公式中有质量和加速度,使得辐射的扩散力随加速度更快。
所以此时的原子转移性能力更强。
相对论中,质能关系式的意义相对论的质能关系式,一般是由动能定理(积分表达式)推到来的,全部表达式为:E=Eo+T式中:E为物质的总能量,E=MoC^2/(1-V^2/C^2)^1/2Eo为物体的静止能量,Eo=MoC^2T为物体的动能,T=E-Eo=MoC^2[(1/(1-V^2/C^2)^1/2)-1]它所揭示的物理意义为:1、作为惯性量度的“质量”,与作为运动量度或不同形式运动转化能力量度的能量之间的深刻联系。
粗略地说:物体的惯性同它内部及整体的运动程度同时增减。
2、没有运动就没有物质,这正好和没有运动就没有物质,形成一个辩证统一的关系。
它告诉我们:物体的静止能量(或说静止质量)是其内部的相对运动引起的,物体的动能量(或说动质量)是由整体运动引起的,由此构成了物体整体的能量(或说质量)。
这反映了质量—能量的统一性。
3、经典力学中质量和能量守恒是相互独立的,一个系统可以质量守恒而能量不守恒,但能量守恒要求质量必须守恒。
在相对论中同一了两个守恒为:质量—能量守恒。
“原子弹”这个词,是原子弹爆炸产生的能量,所以它的英文是“heart take”。
这句话是这样说的:“当核武器爆炸时,从核弹中心发出的冲击波能够使成千上万个小岛或村庄变成一片废墟。
小岛或村庄将成为放射性废墟,并且将永远消失;而核弹爆炸时产生的巨大冲击波能够使数百个大小岛变为一片大废墟或森林”。
原子弹设计原子弹是核武器之一,是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用,以及造成大面积放射性污染。
同时,各国都在研究高能、小巧的核弹头,例如:中国东风-31、俄罗斯白杨-M等。
要想原子弹小巧且高能,则需要从原子弹的设计方面考虑。
目前,原子弹主要有枪式结构和内爆式结构两种。
枪式结构原子弹1945年8月,美国投到日本广岛代号叫“小男孩”的原子弹采用的就是枪式结构,核装药为铀235,爆炸威力约为14000吨TNT当量。
从图中可以看出,枪式结构非常简单,2个分别为临界质量一半重量的铀235,炸药以及中子发生器等就组成了原子弹。
但它也有缺点,首先需要较多的核材料。
在正常密度下,纯铀235球体的临界质量约50千克,钚239球为15~16千克,一颗枪式结构原子弹至少需要临界质量的核装药。
其次是效率太低,两块铀还没完全合拢前,距离接近到一定程度,由于高压自由释放的一些中子就很容易引发链式反应、核爆炸,链式反应规模扩大的速度不算快,因此爆炸不够理想。
内爆式原子弹而内爆式结构原子弹,是较为理想的原子弹模型,其利用炸药的球面向心爆炸,使处于次临界状态的球形裂变材料的密度迅速增高到临界状态而产生核爆的一种压紧型原子弹。
在长崎爆炸的核弹胖子,是内爆式原子弹,使用了6.2千克钚239装药,用铀238包裹并充当中子反射层,核装药的周围均匀的放置了常规炸药,而这些炸药将在爆炸时同时起爆,引起内爆。
内爆使得钚被强烈压缩密度增加,达到了临界质量并开始链式反应。
相比枪式结构,内爆式结构更易于原子弹的轻量化,小型化。
但内爆式原子弹可以在结构上细化、优化,使其有更高的威力。
主要从炸药、中子源以及包裹层的细分来考虑。
若要让原子弹顺利的爆炸,就要使裂变材料的钚达到它的临界质量,炸药是原子弹中至关重要的一环。
目前主流炸药有黑索金(C3H6O6N6)、奥克托金(C4H8 O8N8)、特屈儿(C7H5N5O8)和太安(C(CH2ONO2)4)。
盘点世界十大逆天核弹:威力最大为广岛4000倍核武器是一种威力巨大的武器,目前人类所拥有的核武器完全可以让文明退回到石器时代,在这样的的一把双刃剑下,哪些核武器的威力是最大的呢?店铺收集了相关资料,和大家一起探讨这个话题。
No.1沙皇炸弹(RDS-220)-5000万吨本来它是一枚一亿吨的炸弹,苏联当局忧心试爆后的核子落尘对环境的严重影响,会导致内政难题与外交风波,因此将核弹减半为5000万吨的爆炸威力。
尽管被删减了一半的威力,“沙皇炸弹”的威力依旧是第二次世界大战末期投掷于广岛的“小男孩”原子弹之3846倍。
“沙皇炸弹”是一种具备三阶段性爆炸的氢弹武器,不像正常的热核武器在两个阶段爆炸。
No.2B41核弹– 2,500万吨国家:美国B41核弹(MK-41)的爆炸当量本来相当于2,500万吨TNT炸药,是美国有史以来制造的最强大的热核武器。
在1960年至1962年之间,一共生产了约500枚B41核弹,到1976年开始服役。
B41核弹的发展来源于1955年美国空军对于B类(10,000磅)高产热核武器的需求。
1958年,B41核弹原型进入测试过程。
B41核弹也是一种具备三阶段性爆炸的热核武器,共有两个版本,一个为“洁净”版本(铅包裹第三阶段)和“脏”版本(铀包裹第三阶段)。
No.3TX-21“小虾”(城堡行动) – 1,480万吨国家:美国1954年3月1日,TX-21“小虾”热核武器在太平洋中部马绍尔群岛中比基尼岛试爆,以了解其作战威力。
这是世界上第一次进行系列氢弹的试爆。
其爆炸产生了1,480万吨的爆炸威力。
TX-21爆炸后表面在7英尺以上,放射性沉降物扩散超过11000平方公里。
爆炸分散的放射性物质分布在亚洲,澳洲,美国和欧洲的一些地区。
No.4Mk-17/EC-17 – 1000万吨至1500万吨国家:美国MK-17,体重超过18吨,是美国有史以来制造的最重的热核核武器。
这也是美空军的第一个服役的氢弹。
核武器设计的物理基础核弹是利用易裂变元素进行链式反应,将亏损的质量以质能方程:E=MC2转化成如冲击波、辐射等形式的能量,在几百万分之一秒内释放出来,从而造成巨大破坏的武器,下面,我们将详细介绍一枚核弹的设计过程.第一章认识裂变物质首先允许我小小地科普一下,按照宇宙物理学的图景,我们的宇宙产生于一个奇点,起初并没有物质,只有能量与弦,在弦与能量交汇的节点产生了光子,高能光子又分裂为正负电子对,随着弦的波动与能量的纠缠诞生出强子及电子、中微子等各种物质,这些物质如夸克、电子等以精细对称的形式结合成稳定的基团,也就是我们熟知的各类元素,在大质量的天体如恒星的中央,较轻的元素比如氢,在巨大的压力下进行聚变反应产生出新的更重的元素,如氦、锂,同时释放出能量,这一自持聚变燃烧反应对原子序数在铁之前的元素是有效的,对于铁之后的物质,则可能是晚年恒星坍缩爆炸的产物,所以平衡性减小,如果原子核受到新的粒子如中子、或者质子等扰动,则新基团的势垒将高于核子结合能,核子将分裂开来,并释放出多余的结合能,这就是核能的来源。
第二章核反应简介在这里我们主要探讨中子所造成的核反应,当一个自由中子入射到原子核附近时,按照不同的几率,会产生如下几种反应:1.弹性散射(EL),就像两个乒乓球相撞,然后又互相弹开了,改变的仅仅是各自的速度和运动方向,我们通过经典力学就足够了解它们了。
2. 非弹性散射(NON ),当发生非弹性散射时,中子首先被原子核吸收形成激发状态的复合核,然后复合核通过发射伽马射线放出中子而回到基态,发生这一反应的前提是中子的动能必须达到原子核的第一激发态。
3. 吸收(INL ),吸收反应就是中子被原子核吸收掉了,产生出一个不稳定的复合核,通过发射各种物质如:γ、α、氢离子等来消耗多余的能量来回到基态,有一类元素在吸收低能中子后有很大概率分裂成几个较小的原子核,并释放2个以上的中子,引发新一轮的裂变反应,反应式为:235123612192092120[]*A A Z Z U n U X Y n ν+→→++(1)这种元素被称为易裂变元素,在核反应工程中具有重要的意义,如铀-235、钚-239就属于此类物质。
原子弹爆炸后的弹坑到底有多大?看看这组图,远超你的想象原子弹(Atomic bomb)是核武器之一,是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用,以及造成大面积放射性污染,阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。
主要包括裂变武器(第一代核武,通常称为原子弹)和聚变武器(亦称为氢弹,分为两级及三级式)。
亦有些还在武器内部放入具有感生放射的轻元素,以增大辐射强度扩大污染,或加强中子放射以杀伤人员(如中子弹)。
核武器是指利用能自持进行核裂变或聚变反应释放的能量,产生爆炸作用,并具有大规模杀伤破坏效应的武器的总称。
其中主要利用铀235(厬U)或钚239(厱Pu)等重原子核的裂变链式反应原理制成的裂变武器,通常称为原子弹;主要利用重氢(dao H,氘)或超重氢(chuan H,氚)等轻原子核的热核反应原理制成的热核武器或聚变武器,通常称为氢弹。
1964年10月16日,中国自行研制的第一颗原子弹爆炸成功。
1967年6月17日,中国又成功地进行了首次氢弹试验,打破了超级大国的核垄断、核讹诈政策,为中华人民共和国作出了巨大贡献。
美国内华达州核试场和巨大的弹坑。
那个时候美国的核试验比较频繁,因此在一不经意期间,就能够看到蘑菇云。
图为拉斯维加斯的一座酒店,而远方的蘑菇云正在腾空而起。
伴随着蘑菇云的升起翩翩起舞。
当时有许多老百姓对核武器更多的不是出于畏惧,而是出于好奇。
蘑菇云升起以后,很多人都停了下来,见证着非凡的一刻。
在拉斯维加斯,牛仔文化比较盛行,而原子弹能够招来游客,因此也成了该地的一个亚文化。
原子弹爆炸散发出极强的光芒。
要看原子弹爆炸吗,来拉斯维加斯。
在拉斯维加斯100千米外的内华达测试场,驻扎有军队。
图为士兵们正在观看原子弹爆炸产生的蘑菇云。
一枚原子弹爆炸后产生的巨大弹坑,这个坑之大,远远超乎我们的想象。
飞机上看内华达试验场的弹坑,看来是搞了不少次。
人类竟然造出这么恐怖的武器。
密布的弹坑。
原子弹设计内容摘要本文将介绍一种新型内爆式原子弹的初步构想及设计,采用与以往不同的起爆方式,增加原子弹的裂变材料的裂变率,从而增加原子弹的爆炸当量。
关键词·新型·原子弹·内爆式·爆炸当量研究目的及主要创新点本文的主要内容是关于原子弹的能量提升。
在这样一个核武器逐步走下舞台的年代,对于一个初学者来说,设计一颗原子弹可能是最好的核物理学习途径。
我在去年完成《新型核聚变反应堆》的初步设想,但由于缺乏知识而暂时放弃验证等工作,所以转向研究原子弹,希望利用这个载体,将核物理的知识系统地学习。
因此,如果就本文而言,研究目的是利用新型结构提高原子弹的爆炸当量,而对本人而言,研究目的是学习核物理知识。
本文的原子弹是一种新型的内爆式结构。
我在前人的设计基础上大幅度改进,最大的变化就是在炸药层下加增铝粉爆炸层(即主要创新点)。
这样做可以使更多的裂变材料发生链式反应,从而达到增加爆炸当量的效果。
1.设计 (4)2.设计图 (25)3.加装推进装置 (38)4.参考文献 (46)5.附录 (47)原子弹是核武器之一,是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用,以及造成大面积放射性污染。
本文的新型设计提高了爆炸当量,使其具有更大威力。
项目简介(将从项目摘要;该项目的选题是怎样确定的;设计该项目的目的和基本思路;该项目的研究过程;该项目应用了哪些科学方法、科学原理;该项目的主要贡献;他人同类研究的情况调查;进一步完善该项目的设想等8方面介绍该新型原子弹)1.介绍一种新型不同起爆方式的原子弹结构的基本想法和设计。
2.世界能源日益匮乏,但很多高能新能源看起来遥遥无期,原子弹作为人类20世界发明的高能武器,其提高能量的方法或许可以应用在发电等能源问题上。
为了寻求一种提高燃烧、爆炸等反应能量的通法,选题定为提高原子弹爆炸当量的新型结构。
3.目的:确定原子弹提高爆炸当量的方法基本思路:在裂变系统中,通过使裂变材料充分地进行链式裂变,从而达到提高爆炸当量的目的4.通过对以往公开资料的学习和对比,我发现在一颗普通的原子弹中裂变材料的裂变率只有20%,这也就使得它的爆炸效果远低于其具有的能量,所以提高裂变率就是提高它的爆炸。
中国第一颗原子弹研制历程举要1950年6月25日,朝鲜战争爆发。
美国多次威胁要对话动用核武器。
1951年,中苏开始联合在新疆进行铀矿勘探。
1953年,中国原子能委员会在中国科学院正式成立。
1955年1月15日,毛泽东主持召开中央书记处扩大会议。
会议通过了代号为02的核武器研制计划。
这是新中国和事业的开端。
1955年1月17日,苏联政府发表声明说,为在促进和平利用原子能方面给予其他国家以科学技术和工业上的帮助,苏联将向中国和几个东欧国家提供广泛的帮助,其中包括进行实验性反应堆和加速器的设计,供给相关设备及必要数量的可分裂物质。
1955年1月20日,中苏签署《关于中华人民共和国进行放射性元素的寻找、鉴定和地质勘查工作的议定书》。
根据这个协议,中苏两国将在中国境内合作经营,进行铀矿的普查勘探,对有工业价值的铀矿床由中国方面组织开采,铀矿石除满足中国自己的发展需要外,其余由均由苏联收购。
此后,大批苏联地质专家来到中国,帮助普查和勘探铀矿。
1955年1月31,周恩来在国务院第四次全体会议上说:“在这方面,我们很落后,但是有苏联的帮助,我们有信心、有决心能赶上去。
美国核恐怖吓不倒我们,我们要掌握原子弹。
“1995年2月18日,国防部长彭德怀向毛泽东报告工作时,第一次正式提出研制和发展核武器问题。
1955年4月27日,以刘杰,钱三强为首的中国政府代表团在莫斯科与苏联政府签订了《关于为国民经济发展需要利用原子能的协议》,确定由苏联帮助中国进行核物理研究以及为和平利用原子能而进行的实验。
苏联将在1995—1956年派遣专家帮助中国设计和建造一座功率为6500-10000千瓦的实验性原子反应堆,以及一个使粒子获得12.5—25MeV(兆电子伏)能量的回旋加速器,还要无偿提供有关原子反应堆和加速器的科学技术资料,提供足够维持原子反应堆运转所需的核燃料和放射性同位素,并培训中国专家。
1955年8月22日,苏共中央主席团批准了苏联高教部关于帮助中国进行和平利用原子能工作的提案:满足中国政府的请求,帮助在北京和兰州组织教学,培养原子能专家。
核弹的原理核弹,作为一种极其破坏力强大的武器,其原理复杂而又神秘。
核弹的作用原理主要是利用核裂变或核聚变的能量释放来产生爆炸。
核弹的原理可以分为两种类型,分别是核裂变武器和核聚变武器。
首先,我们来看核裂变武器的原理。
核裂变武器利用的是重核裂变时释放出的能量。
当重核被中子轰击后,核裂变会发生,释放出大量的能量。
这些能量会引起连锁反应,导致更多的核裂变发生,最终形成巨大的爆炸。
核裂变武器的原理就是利用这种连锁反应来释放能量,产生爆炸的威力。
其次,核聚变武器的原理也是非常复杂的。
核聚变武器利用的是轻核聚变时释放出的能量。
在极高的温度和压力下,氢原子会发生聚变反应,释放出巨大的能量。
核聚变武器的原理就是利用这种聚变反应来产生高温高压的环境,从而释放出巨大的能量,形成爆炸。
无论是核裂变武器还是核聚变武器,其原理都是利用核能释放的能量来产生巨大的爆炸。
而这种能量释放的过程,需要极其精密的设计和控制。
在核弹的制造过程中,需要使用高度浓缩的核材料,以及精密的引爆装置和控制装置。
只有在这些条件下,核弹才能够正常工作,释放出巨大的破坏力。
然而,核弹的原理虽然看似简单,但实际上却是一个极其复杂的科学问题。
在制造和使用核弹的过程中,需要克服诸多技术难题,确保核弹的安全性和可靠性。
同时,核弹的使用也涉及到伦理和道德等诸多问题。
因此,核弹的原理不仅仅是一个科学问题,更是一个涉及到整个人类命运的重大议题。
总的来说,核弹的原理是利用核能释放的能量来产生巨大的爆炸。
无论是核裂变武器还是核聚变武器,其原理都是基于这种能量释放的机制。
然而,核弹的制造和使用需要极其严格的技术和伦理控制,以确保核弹不会对人类造成灾难性的破坏。
希望人类能够正确地处理核弹这一重大议题,保障世界的和平与安全。
法国核武器研制简史尽管二战前法国在核物理研究上曾处于世界领先地位,其核武器开发计划却落后于美苏英等国。
1945年10月18日,法国建立了原子能委员会(CEA)。
1948年12月15日,第一座重水反应堆ZOE达到临界。
1949年,CEA开始建造后处理试验设施,并于同年11月20日从ZOE 的燃料棒提取出1毫克钚。
随后又建造了基于Purex流程的后处理设施,并于1954年提取出1克钚。
第一座工业规模的钚生产堆G-1于1956年达到临界,年生产能力为12 kg钚。
两座更大的钚生产堆于1959年达到临界。
1954年5月,法国在奠边府战役中失败。
印支半岛的军事失败刺激了法国政府对核武器的兴趣。
同年12月26日,法国政府正式批准研制核武器。
美国在1956年苏伊士运河危机中的态度使法国进一步认识到美国不可能为了法国的国家利益而做出牺牲,因此不能相信美国的核保护承诺。
1956年11月30日,法国国防部和CEA开始准备核试验。
1958年4月,法兰西第四共和国最后一任首相Felix Gaillard正式下令开始制造第一个核试验装置。
法国首次核试验的蘑菇云1960年2月13日,法国在阿尔及利亚撒哈拉沙漠中的Reggane核试验场成功进行了首次核试验,爆炸当量6-7万吨,试验代号“蓝色跳鼠”(Gerboise Bleue)。
跳鼠是一种沙漠啮齿动物,而蓝色是法国国旗的第一个颜色,法国第二次和第三次炸弹分别被命名为“白色跳鼠”和“红色跳鼠”。
为了确保核试验成功,法国人使用了过量的钚,因此法国的首次核试验是核国家首次核试验中当量最大的。
由于大气层核试验的严重核污染问题,在进行4次核试验后,法国于1961年11月在阿尔及利亚Hoggar核试验场开始进行地下核试验,到1966年2月关闭前共进行了13次地下核试验。
法国在阿尔及利亚进行核试验至今仍造成严重核污染1962年7月阿尔及利亚宣布独立,法国开始在南太平洋的法属波利尼西亚的土阿莫土群岛建造新的核试验基地,包括Mururoa岛试验场和Fangataufa岛试验场,1966年正式启用。
曼哈顿计划原子弹的诞生1945年7月16日,曼哈顿计划在美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯进行了一次历史性的爆炸试验。
这次试验标志着曼哈顿计划成功研发出世界上第一颗原子弹。
曼哈顿计划的成功不仅改变了战争的走向,也在全球范围内引发了对核武器运用的反思与讨论。
一、背景介绍曼哈顿计划始于1942年,是美国在第二次世界大战期间秘密进行的一项研究计划,旨在研发出可用于军事上的核能武器。
该计划得名于其总部位于纽约曼哈顿区的哥伦比亚大学。
二、科学家的力量曼哈顿计划的研发过程中,几位杰出的科学家起到了关键作用。
其中最著名的便是物理学家罗伯特·奥本海默、恩里科·费米和小婴孩·斯圖尔特。
奥本海默是曼哈顿计划的科学顾问,他推动了铀和钚的研发工作。
费米则领导了芝加哥大学的团队,在那里成功实现了首个自持链式反应堆。
斯圖尔特小组负责开发原子弹的爆炸装置。
三、密集的研发工作曼哈顿计划的研发工作涉及众多领域,如核物理学、工程学、化学等。
为了加快研发进程,美国政府投入了大量人力、物力和财力资源。
数以千计的科学家、工程师和军事人员聚集在一起,进行了密集的研究和测试。
计划的核心任务是获取足够的铀和钚,这是制造原子弹的主要原料。
为此,曼哈顿计划在美国各地建立了多个密封的实验室和生产基地。
其中最著名的就是在田纳西州的奥克岭实验室,这里承担着铀235的分离工作。
四、特曼哈顿计划的成果1945年7月16日,曼哈顿计划进行了一次代号为“特曼哈顿”的核试验,即阿尔摩顿(Trinity)试验。
这是人类历史上首次爆炸成功的核试验,也是原子弹问世前的最后一步。
这次核试验发生在一个偏远的沙漠地区,试验装置名为“艾贝尔号”。
当爆炸发生时,巨大的火球瞬间升腾而起,耀眼的光芒照亮了整个地区。
爆炸产生的冲击波在数百公里外都能感受到。
五、影响与思考曼hattan计划的成功给人们带来了巨大的冲击与启示,同时也引发了全球范围内对核武器运用的讨论。
自己动手设计制造颗原子弹核弹是利用易裂变元素进行链式反应,将亏损的质量以质能方程:E=MC 2转化成如冲击波、辐射等形式的能量,在几百万分之一秒内释放出来,从而造成巨大破坏的武器,下面,我们将详细介绍一枚核弹的设计过程。
第一章 核临界及弹芯设计下面我们来正式进入核弹的理论设计工作,我们知道核弹的爆炸来自于链式反应(1)放出的巨大能量,而如何使(1)持续地进行下去,我们就要引入“核临界”这个概念,即单位时间内穿过单位体积的中子数保持恒定,即中子通量守恒。
在没有外中子源的情况下,核燃料内部的中子扩散方程为(我们假定只有快群中子参与反应):22()()0c c c r B r φφ∇+=(2)在反射层内部,中子扩散方程为:22()()0r r r r k r φφ∇-=(3)在核燃料与反射层的边界面上,必有中子通量相等,中子泄露量相等, 边界条件:()()c r r r φφ=(4) 0lim c r φ→<∞ (5)''c c r r D D φφ=(6) 0r r R T φ=+=(7)首先,方程(2)有通解:cos sin ()c c c Br Br r A C r r φ=+,由条件(6)知AC=0,故有sin ()c Br r C r φ=。
在反射层中(3)有通解:cosh()sinh()()r r r r r k r k r r A C r r φ=+,由于边界条件(7),故有tanh[()]r r r A C k R T =-+。
因此有:sinh[()]r r A k R T r r φ+-=。
A 为新的参数。
由条件(4)、(6)可得:sinh()sinh()C T B R k T C A R R =22cos()sin()cosh()1[][sinh()]c c c r r c r r B B R B R k k T D A D C k T R R R R -=--将以上两式相除,我们就可得到带有反射层的球型核弹临界方程:[1cot()][1coth()]c c c r r r R T D B R B R D L L -=+(8) (8)式给出了带有反射层的弹芯在核临界时各种材料的物理性质与他们半径的关系。
经计算,在带有足够厚度的铍中子反射层时,铀-235的临界质量为13KG 。
在我们的设计中,弹芯材料选为铀235,反射层为铍9,弹芯由几层球状的金属壳构成,中心部位是一个半径为3cm 的中子源——铍、钋弹丸球或镅、铍弹丸球,它是一个铍制的空心金属球,里面填充钋金属,用金箔片隔开。
钋210是人工核反映堆中合成,能时刻自发产生大量阿尔法粒子。
炸药爆炸并制造冲击波。
冲击波驱动铀235或钚239碎片形成一个球。
当亚临界质量的燃料块结合时,铀235或钚239碎片撞击位于球心的中子发生器(铍/钋弹丸)。
铍、钋弹丸中的箔片被弄破,钋自发地释放出阿尔法粒子,这些阿尔法粒子撞击铍生成很多自由中子,这些中子将诱发铀235或钚239开始发生剧烈的链式核裂变。
裂变反应正式开始。
核弹爆炸。
第二章综合设计然而光有临界状态的弹芯尺寸还不够,为了能安全地操作并满足顾客的需要,我们需要为弹芯装上一套驱动装置(即能迅速地将弹芯由次临界状态变为超临界状态的动力装置)及相应的遥控系统,这样,恐怖份子大帝就可以躺在绿洲上操纵世界了。
4.1驱动装置我们选用一个球形爆轰驱动装置,示意图如下:该装置的原理是由布置在最外侧的一组炸药透镜均匀地引爆主炸药柱1产生一个向心爆轰波,推动4cm厚的中子反射层2向铀-235燃料球3迅速压缩,当反射层与核燃料之间紧密结合时,延时电路启动中子管释放出中子来点燃处于超临界状态的核燃料,从而引发链式反应。
要取得良好的爆轰压缩效果,我们必须对每个过程及参数进行周密地计算。
首先我们需要求得中子反射层即飞板被炸药1驱动后能达到的最高加速度以及加速的时间,设t=0时,密度为,长度为l ,质量为m ,爆速为D 的炸药在外围被均匀起爆,t=l/D 时,爆轰波到达反射层M 表面,根据文献【15】,粒子的速度u 满足关系:1(1)l u D Dt θθηθ-=+-(7)其中 1/2(12(1/))l Dt θη-=+-(8) (16/27)/m M η= (9)我们可以算出,u 的极限值大约是D/3,为了尽可能地提高压缩效果,m/M 取7~8左右,飞行空腔不宜过长,否则会造成较大的变形,按常规取为4.5cm 就足够了,我们要推动的反射层内径为13.2cm,外径为17.2,其中包括3cm 厚的铍金属,1cm 厚的铀238,总重量为40kg ,这样向心压缩时,它们就可以完美地亲吻到核燃料球上,主炸药1的质量取为400kg ,材料可以选用JO-9159,该种炸药密度为1.86g/cm3,正常爆速为8.86km/s,爆压为36.8Gpa ,Gurney 速度为2.85km/S ,与美国的PBX-9404炸药性能相当,属于我国军方最好的炸药。
我们可以将反射层制成如下图的锥体均匀布置在球面上:经计算,主炸药的外径为38.5cm,炸弹总质量约一吨左右。
爆轰波从主炸药外端传播至反射层共耗时t=S/U=2.39X10-5秒,随后反射层金属通过4.5cm的自由空腔被加速到接近Gurney速度,约3KM/s撞击核燃料球,飞行耗时1.5X10-5秒,两者共计耗时3.85X10-5秒。
4.2 炸药透镜在炸药中,爆轰波是以电子雷管为点爆散心的,而我们所设计的装置是一个直径一米多的球体,为了将球面波转化成我们所需的平面波,均匀地投射到主炸药表面,我们可以仿效光学折射原理,利用两种高低爆速的炸药组合成炸药透镜,即平面波发生器。
如图(十)所示:在这里,我们以Baratol(TNT/Ba(NO3)2作为低速炸药,铸装TNT/RDX(40/60)作为高爆速炸药,两者交界面处理成圆滑双曲面,锥顶角β符合如下公式:tan β=带入计算得顶角为为53°,为了在球面上保持对称,我们将32个多边形炸药透镜对称装在主炸药的表面,就像一个个突起的足球皮,1945年胖子核弹就是采用类似的炸药透镜,由于对爆炸时间计算的需要,该炸药透镜的工作高度可近似看成是轴线处(即尖顶处)低速炸药Baratol 高度的1.4倍左右,所以爆轰波通过炸药透镜的时间是1.5X10-5秒。
最后为了将中子管部件插入裂变材料中心,我们需要拆掉一块炸药透镜组件,这对其产生的不均衡度不到10%,是可以接受的。
第五章 中子管组件5.1 商品中子管的使用中子管是为核弹提供中子源的关键部件,它是利用penning 放电原理,将氢离子通过引出电极并高压加速后轰击在靶材料上,进行D-D 、D-T 反应,即:23422317.63.8D T He n Mev D D He n Mev +→+++→++从而产生17Mev 或者3Mev 的中子,对于核弹专用中子源,最重要的指标是中子产额。
一个很简便的办法就是,我们只要弄到实验室或大学的批文就可以购买成品,用途就注明是探伤检测。
目前市面上可以买到的中子管大致有如下几种型号,5.2 自己研发的产品如果买不到成品,或者不合要求,也可以自己来组装一个,并且投产后还可以产生经济效益,下面来介绍一种目前通用的高效中子管,图片来自文献【10】:主要由1.空腔penning离子源2.加速电极3.锆-石墨储氘器4.铜-钛靶5.真空陶瓷外壳6.高压电源控制系统,等6个主要部分组成,目前美国最先进的中子管产额可稳定达到1014n/S,而我们因为材料及真空工艺的原因,目标定在1010n/s也能凑合用了。
设计并制造一个精密的电子产品并非易事,我们可以根据已有的产品及理论来优化细节,尽量少走弯路,节省投资。
一种可靠的中子管结构图如下:为了跟我们所设计的核弹相匹配,离子源的阳极为φ14mm的钼电极筒,靠末端是空腔钼阴极,其中空腔结构为:2mmX10mm的凹槽,这种结构可以增大轴线处等离子体密度。
参考文献【11】,靠近加速极的是对阴极,中间开一 4mm的孔,两极间距为2mm,极间用绝缘子绝缘。
外面分别用绝缘子固定在φ17mm的可伐金属筒上,再把可伐金属筒与1.5mm厚的氧化铝陶瓷外壳焊接在一起,这样做的好处是将强磁场限制在筒内,并加强了结构强度。
0.5T的强磁场由两块钐钴镍永磁体提供,在200°以内场强稳定。
气压控制装置与储氘器相整合,工作时用一根钨灯丝加热,功率为5V,6A。
靶做成顶角为120°的圆锥以增加聚变反应面积,靶基为无氧铜,靶膜为0.74~0.78mg/cm2的钛靶,采用电子枪蒸镀工艺制成。
平时管内压强为10-5Pa,工作时为10-3Pa。
5.2.1中子管高压电源系统【12】中子管电路共需要三路电源,5KV/20mA的离子源电源,5V/6A的灯丝电源,以及200KV/5mA的靶极电源。
在这里,我们可以直接购买市场成品然后组装起来,为了便于核弹的机动部署,整枚核弹用高能电池组统一供电,通过逆变器及开关电源转换后提供给其他用电部门,需要注意的是,中子管高压电极开启时间应设定在常规炸药点火后5.35X10-5秒。
例如:天津东文高压厂的高压电源模块可以稳定达到5KV,20mA的技术条件,有民用,工业,军品三种型号可选择,模块外形如图:5.3 电子雷管及手机遥控装置下面我们来确定电子雷管及手机遥控开关,为了降低设计成本,直接采购市场成品。
电子雷管是国际上成熟发展并逐渐走向普及应用的一种先进的引爆产品,目前仍有较大发展潜力,与传统的延时火药雷管相比,具有安全性高,误爆率低达10-12,定时精度可达0.1ms,拥有不可替代的优势,电子雷管的基本原理如图【14】:从开关稳压电源上接一路15VDC电线给控制器储能电容C1及起爆储能电容C2充电,C2采用一个68uf/50V的陶瓷电容,在已充电情况下,当单片机判断起爆器传来“起爆”脉冲信号时,即启动K3,引爆雷管,K3采用一个装有两级反相器驱动的MOS-FET物理开关,可高效迅速地将电容C2中的能量导入点火桥丝。
为方便起见,我们可购买现有产品加以适当改装。
例如:日本旭化成工业公司在二十世纪八十年代开发的EDD高精度电子雷管,示意图如下:5.32手机遥控电路手机遥控开关作为核弹的总开关,要求在宇宙中任何一个有手机信号覆盖的城市均能遥控起动核弹引爆程序,手机遥控器可选用国内某公司相关产品,外型及参数如图:这样,通过将上述部件组装在一起,一枚绝对可以起爆的低成本高效率的核弹就诞生了,希望能对大家有所帮助:)。